개념 한 쪽
자동제어 문제는 어떤 입력을 어떤 출력으로 바꾸는 장치인지와 제어계의 분류를 묻는 형태가 많다. 변환 소자별 입력·출력 쌍을 기억하고, 제어계는 제어량의 성격과 동작 방식으로 구분하는 습관을 들여야 한다.
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출제기준 단원 「자동제어의 기본개념에 관한 사항」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 변위→전압 변환 장치 판별 | 1 | 변위를 전기 신호(전압)로 바꾸는 장치 식별 |
| 온도→전압 변환 소자 판별 | 1 | 온도차를 전기적 전압으로 변환하는 소자 고르기 |
| 제어계 분류(서보·추종) 판단 | 1 | 위치·방위·자세 제어의 제어계 종류를 구분 |
자동제어에서 변환 장치는 물리량을 전기 신호로 바꾸어 제어계가 처리하게 만든다. 예를 들어 기계적 변위가 전압 신호로 바뀌면 제어기는 전기적 값을 기준으로 판단하고 조작한다. 변환 소자의 정체는 입력(온도·압력·변위·속도 등)과 출력(전압·전류·변위·공기압 등)의 쌍으로 정리하면 즉시 판단된다.
열전대는 서로 다른 두 금속 접점의 온도차로 기전력(전압)을 발생시키는 소자로 온도를 전압으로 변환한다. 이와 달리 벨로즈는 압력에 의해 관이 신축하여 변위를 만들어내는 기계식 소자이고, 노즐플래퍼는 변위를 공기압 신호로 바꾸는 소자여서 출력이 전기신호인 장치와 구별된다.
차동변압기(LVDT)는 가운데 움직이는 코어의 위치 변화가 두 2차 코일의 전압 차로 나타나는 장치로 변위→전압 변환의 표준이다. 직류 소형 발전기를 속도발전기로 쓰면 출력전압이 회전속도에 비례하므로 속도 검출에 이용된다.
제어계의 분류는 제어량의 성격과 동작 방식으로 한다. 서보기구는 위치·방위·자세처럼 기계적 변위를 제어량으로 하는 추종형 피드백 제어계이고, 프로그래밍(순서)제어는 정해진 절차대로 단계적으로 동작하는 순서제어이다. 공정량인 온도·수위 등은 연속적으로 편차에 비례해 조작하는 비례(P) 동작이 적합한 경우가 많다.
입력·출력 짝 맞추기 문제는 입력과 출력의 신호 형태를 키워드로 외워서 소거하면 풀린다. 예를 들어 '온도를 전압으로' 묻는다면 열전대가 정답이 되며, '변위를 전압으로' 묻는다면 차동변압기를 선택하면 된다. 소형 직류발전기를 검출장치로 쓰면 회전속도를 전압으로 변환하므로 속도 검출 관련 보기를 찾는 식으로 접근한다.
제어방식 문제는 대상의 동작 특성을 보고 분류하면 된다. 엘리베이터처럼 호출→문 개폐→승강→정지와 같은 일련의 절차가 핵심이면 프로그래밍(순서)제어로 보고, 목표값이 수시로 변하는 위치·각도 제어이면 서보기구와 추종 제어를 연결하여 답을 정한다. 공정 제어에서 수위·온도처럼 목표 주변에서 연속적으로 조절해야 하는 경우에는 비례(P) 동작이 적합하다는 점을 활용한다.
오답 소거법으로는 하드웨어 구성과 프로그래밍 언어를 구분한다. PLC의 CPU부 구성 문제에서 래더 다이어그램은 하드웨어가 아니라 표시·프로그래밍 방식이므로 구성 요소로 보지 않는 식의 소거를 적용한다.
피드벡 제어계중 물체의 위치, 방위, 자세등의 기계적 변위를 제어량으로 하는 것은?
정답 ① · 문제는 위치·방위·자세 등 기계적 변위를 제어량으로 하는 피드백 제어계의 명칭을 묻고 있다. 이러한 기계적 변위를 다루는 제어계는 서보기구(서보 시스템)로서 위치나 각도 등을 목표값에 따르게 하는 피드백 제어를 수행한다.
물체의 위치·방위·자세 등 기계적 변위를 제어량으로 하는 피드백 제어는 서보기구이다.
무인 엘리베이터의 자동제어는?
정답 ③ · 문제는 무인 엘리베이터의 자동제어 방식이 어떤 분류에 해당하는지를 묻고 있다. 엘리베이터는 호출, 문 개폐, 승강, 정지처럼 미리 정해진 순서와 조건에 따라 단계적으로 동작하므로 단계적 순서제어인 프로그래밍제어(순서제어)에 해당한다.
엘리베이터는 정해진 순서(호출→문 개폐→승강→정지)대로 동작하므로 프로그래밍제어(순서제어)이다.
보일러 수위 제어 및 반응 온도 제어에 적합한 것은?
정답 ② · 보일러 수위 제어와 반응 온도 제어에 적합한 제어 동작을 묻는 문제이다. 보일러의 수위 제어나 반응 온도 제어는 목표값과 측정값의 편차에 따라 조작량을 연속적으로 조절하여 안정적으로 설정값을 유지하는 것이 바람직하다.
수위·온도 같은 연속 공정 제어는 편차에 비례해 조작하는 비례 동작(P 제어)이 적합하다.
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